danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2018-62-3-353-363dan-529Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESСОПРЯЖЕННЫЙ ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПОЛУЧЕНИИ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР В ГАЗОПЛАМЕННОМ РЕАКТОРЕCONJUGATE HEAT TRANSFER IN THE PRODUCTION OF GLASS MICROSPHERES IN A GAS-FLAME REACTORЛяхМ. Ю.LiakhM. Yu.

Лях Мария Юрьевна– канд. физ.-мат. наук, науч. сотрудник. 

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Liakh Maria Yuryevna– Ph. D. (Physics and Mathematics), Researcher.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

liakhmaria@gmail.comАкуличА. В.AkulichA. V.

Акулич Андрей Владимирович– науч. сотрудник.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Akulich Andrei Vladimirovich– Researcher. 

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

akulich.av@mail.ruГринчукП. С.GrinchukP. S.

Гринчук Павел Семенович– член-корреспондент, д-р физ.-мат. наук, заведующий отделом.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Grinchuk Pavel Semenovich – Corresponding Member, D. Sc. (Physics and Mathematics), Head of the Department.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

gps@hmti.ac.byИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси.A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus.201830062018623353363Copyright © Лях М.Ю., Акулич А.В., Гринчук П.С., 20182018Лях М.Ю., Акулич А.В., Гринчук П.С.Liakh M.Y., Akulich A.V., Grinchuk P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/529

В работе была предложена модель, описывающая процесс получения стеклянных микросфер в газопламенном реакторе рекуперативного типа. На основе описанной математической модели нагрева и движения частиц в высокотемпературном газовом потоке, учитывающей сопряженный теплообмен между рабочей средой реактора и рекуператором, проведено моделирование и оптимизация соответствующих процессов по геометрическим и режимным параметрам. В качестве оптимизируемой характеристики использовалось время пребывания частиц стекла в реакторе при температуре выше 1400 °С, которое определено на основе данных дифференциальной сканирующей колориметрии.В результате оптимизационных расчетов найдена область параметров реактора (диаметр и высота, расход при-родного газа, расход продуваемого через рекуператор воздуха), а также режимных параметров (диаметр и расход частиц стекла), в которых возможно формирование микросфер. Полученная информация может служить основой для проектирования эффективного газопламенного реактора для получения стеклянных микросфер.

A model for the process of glass microsphere production in a recuperative gas-flame reactor was proposed. Based on the described mathematical model of heating and motion of particles in a high-temperature gas stream, which takes into account conjugate heat exchange between the reactor’s operating environment and the recuperator, the appropriate processes were modeled and optimized by geometric and regime parameters. The particle location time in the reactor at a temperature above 1400 °С, which was determined by data of differential scanning colorimetry, was used as an optimized charac- С, which was determined by data of differential scanning colorimetry, was used as an optimized charac- , which was determined by data of differential scanning colorimetry, was used as an optimized characteristic.As a result of optimization calculations, the reactor parameters (diameter and height, natural gas flow rate, air flow rate in the recuperator) were found, as well as regime parameters (diameter and flow rate of glass particles), under which microspheres can be formed. The information obtained can be a basis for designing an effective gas-flame reactor for production of glass microspheres.

полые стеклянные микросферывысокотемпературный газовый реакторрекуператорhollow glass microsphereshigh temperature gas reactorrecuperatorReferencesБудов, B. B. Полые стеклянные микросферы. Применение, свойства, технология / B. B. Будов // Стекло и керамика. – 1994. – № 7/8. – С. 7–11.Budov V. V. Hollow glass microspheres. Use, properties, and technology. Glass and ceramics, 1994, vol. 51, no. 7–8,Пахарев, А. В. Свойства тампонажного камня, сформированного в условиях скважины Томской области / А. В. Пахарев, К. В. Беляев // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2012. – № 6. – С. 42–44.pp. 230–235. https://doi.org/10.1007/bf00680655Иноземцев, А. С. Полые микросферы – эффективный заполнитель для высокопрочных легких бетонов / А. С. Иноземцев, Е. В. Королев // Промышленное и гражданское строительство. – 2013. – № 10. – С. 80–83.Pakharev A. V., Belyaev K. V. Properties of a grouting stone formed in the conditions of a well in the Tomsk Region. Stroitelstvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more[Construction of oil and gas wells on land and at sea], 2012,no. 6, pp. 42–44 (in Russian).Структурообразование в полимерных композиционных материалах с полыми стеклянными микросферами / И. Д. Симонов-Емельянов [и др.] // Пластические массы. – 2012. – № 11. – С. 6–10.Inozemtsev A. S., Korolev E. V. Hollow microspheres are an effective aggregate for high-strength lightweight concrete. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitelstvo= Industrial and Сivil Engineering, 2013, no. 10, pp. 80–83 (in Russian).Казимиренко, Ю. А. Формирование конструкций плавучих композитных сооружений для перевозки и хране-ния радиоактивных грузов / Ю. А. Казимиренко // Технологический аудит и резервы производства. – 2014. – Т. 6, № 5(20). – С. 7–9.Simonov-Emelyanov I. D., Trofimov A. N., Apeksimov N. V., Zubkov S. B. Structure formation in polymeric composite materials with hollow glass microspheres. Plasticheskiye massy[Plastic mixtures], 2012, no. 11, pp. 6–10 (in Russian).Аппаратурное оформление химической металлизации полых стеклянных микросфер / А. Н. Симбиркина [и др.] // Вопр. проектирования и производства конструкций летательных аппаратов: сб. науч. тр. – Харьков: ХАИ, 2016. – Вып. 1. – С. 109–122.Kazimirenko Yu. A. Formation of constructions of floating composite structures for transportation and storage of radioactive cargos. Tekhnologicheskiy audit i rezervy proizvodstva= Technology audit and production reserves, 2014, vol. 6, no. 5(20), pp. 7–9 (in Russian).Многослойные конструкции со сферопластиками для изделий авиационной техники / И. И. Соколов [и др.] // Конструкции из композиционных материалов. – 2014. – № 1 (133). – С. 37–42.Simbirkina A. N., Nefedov V. G., Chervakov O. V., Globa N. I. Hardware design of chemical metallization of hollow glass microspheres. Voprosy proyektirovaniya i proizvodstva konstruktsyy letatelnykh apparatov: sbornik nauchnykh trudov[Questions of design and manufacturing of aircraft structures: collection of scientific papers]. Khar’kov, Kharkov Aviation Institute, 2016, iss. 1, pp. 109–122 (in Russian).German, M. L. Mathematical model for calculating the heat-protection properties of the composite coating “ceramic microspheres–binder” / M. L. German, P. S. Grinchuk // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. – 2002. – Vol. 75, N 6. – P. 1301–1313. https://doi.org/10.1023/a:1022150523156Sokolov I. I., Kogan D. I., Raskutin A. E., Babin A. N., Filatov A. A., Morozov B. B. Sandwich constructions with syntactic core for the aerospace parts. Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov [Composite materials constructions], 2014, no. 1(133), pp. 37–42 (in Russian).Михатулин, Д. С. Конспект лекций по тепломассообмену / Д. С. Михатулин, А. Ю. Чирков. – Москва: Янус-К, 2008. – 2 ч.German M. L., Grinchuk P. S. Mathematical model for calculating the heat-protection properties of the composite coating «ceramic microspheres–binder». Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2002, vol. 75, no. 6, pp. 1301–1313. https://doi.org/10.1023/a:1022150523156Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. – 2-е изд. – М.: Энергия, 1977. – 344 с.Mikhatulin, D. S., Chirkov A. Yu. Lecture notes on heat and mass transfer. 2 Parts. Moscow, Yanus-K Publ., 2009 (in Russian).Практикум по теплопередаче / А. П. Солодов [и др.]; под ред. А. П. Солодова. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 296 с.Mikheev M. A., Mikheeva I. M. Basic foundation of heat transfer. Moscow, Energiya Publ., 1977. 344 p. (in Russian).Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипов, А. С. Сукомел. – М.: Энергия, 1981. – 416 с.Solodov A. P., Tsvetkov F. F., Eliseev A. V., Osipova V. A. Practical work on heat transfer. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1986. 296 p. (in Russian).Einstein, A. Über die von der molekularkinetischen Theorie der ẅarmege for derte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen / A. Einstein // Annalen der Physik. – 1905. – Vol. 322, N 8. – P. 549–560. https://doi.org/10.1002/andp.19053220806Isachenko V. P., Osipov V. A., Sukomel A. S. Heat transfer. Moscow, Energiya Publ., 1981. 416 p. (in Russian).Kawasaki, K. Permeation of Helium Gas through Glass / K. Kawasaki, K. Senzaki // Japanese Journal of Applied Physics. – 1962. – Vol. 1, N 4. – P. 223–226. https://doi.org/10.1143/jjap.1.223Einstein A. Überdie von der molekularkinetischen Theorie der ẅarme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Annalen der Physik, 1905, vol. 322, no. 8, pp. 549–560 (in German). https://doi.org/10.1002/andp.19053220806Kawasaki K., Senzaki K. Permeation of Helium Gas through Glass. Japanese Journal of Applied Physics, 1962, vol. 1,no. 4, pp. 223–226. https://doi.org/10.1143/jjap.1.223Kawasaki K., Senzaki K. Permeation of Helium Gas through Glass. Japanese Journal of Applied Physics, 1962, vol. 1,no. 4, pp. 223–226. https://doi.org/10.1143/jjap.1.223

The authors declare that there are no conflicts of interest present.